De 15,2 km de longueur, la Fensch prend sa source à Fontoy, à l'ouest du département de la Moselle.

Elle traverse ensuite Knutange, Nilvange, Hayange, Serémange-Erzange et Florange avant de se jeter en rive gauche dans la Moselle entre Metz et Thionville sur le ban de la commune d'Illange.

Elle coule globalement de l'ouest vers l'est.

À l'origine (comme l'indique la carte de Cassini) les eaux de la partie inférieure de son cours, grossies de celles du ruisseau de Veymerange, se déversaient dans les douves ceinturant la ville de Thionville avant que de rejoindre la Moselle. Après le démantèlement de la place et pour alimenter en eau les nouvelles installations sidérurgiques aménagées un peu au sud de cette localité, le lit de la Fensch a été dévié dans son parcours actuel.

Les sources de Morlange (commune de Fameck) et de Ranguevaux, situées dans le bassin versant de la Fensch, ont été captées en 1886 et amenées à Thionville par une conduite gravitaire longue de 10 km.